DE102021122043A1

DE102021122043A1 - Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsachse

Info

Publication number: DE102021122043A1
Application number: DE102021122043.2A
Authority: DE
Inventors: Georg Johann Meingaßner; Michael Staake; Martin Koerber
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsachse (1) sowie ein mit der Antriebsachse (1) ausgerüstetes Kraftfahrzeug. Die Antriebsachse (1) umfasst eine elektrische Antriebsmaschine (2) mit einer Rotorwelle (6), ein erstes Achsabtriebselement (11) sowie ein zweites Achsabtriebselement (12). Eine erste Übersetzungseinrichtung (9) der Antriebsachse (1) umfasst eine erste Reibelementkupplung (15) und ein erstes Übersetzungsgetriebe (17). Eine zweite Übersetzungseinrichtung (10) der Antriebsachse (1) umfasst eine zweite Reibelementkupplung (16) und ein zweites Übersetzungsgetriebe (18). Die Rotorwelle (6) und die Achsabtriebselemente (11, 12) sind mittels der jeweiligen Übersetzungseinrichtung (9, 10) miteinander drehfest verbunden. Durch die Reibelementkupplungen (15, 16) ist eine Drehzahlausgleichseinrichtung (31) der Antriebsachse (1) gebildet, mittels derer unter einem Verstellen eines Kupplungsschlupfes wenigstens einer der Reibelementkupplungen (15, 16) ein Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen den Achsabtriebselementen (11, 12) stufenlos einstellbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug, das zumindest teilweise elektrisch antreibbar bzw. fortbewegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsachse.
Aus dem Fahrzeugbau, insbesondere Serienfahrzeugbau, ist es bekannt, eine Drehzahlausgleichsfunktion bzw. Differenzialfunktion zwischen zwei an einer gemeinsamen Achse montierten Rädern des Kraftfahrzeugs mittels eines Differenzialgetriebes auszugleichen, wobei ein solches Differenzialgetriebe zum Beispiel als ein Kegelraddifferenzial, ein Stirnraddifferenzial oder ein Kronenraddifferenzial - also als ein Zahnradgetriebe - ausgebildet sein kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Räder der Antriebsachse mit unterschiedlichen Drehzahlen angetrieben werden, indem je Rad ein separater Elektromotor zum Einsatz kommt. Darüber hinaus ist es bekannt, eine Drehzahlausgleichsfunktion zwischen den Rädern der Antriebsachse zu realisieren, indem die Antriebsachse je Rad eine Kupplung, also insgesamt zumindest zwei Kupplungen, aufweist.
Aus der DE 10 2008 026 662 A1 und aus der DE 10 2008 037 886 B4 sind jeweils Kupplungseinrichtungen bekannt, die zum Drehzahlausgleich zwischen einer ersten Antriebsachse und einer zweiten Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Dabei kommt aber zum Drehzahlausgleich zwischen den Rädern der jeweiligen Antriebsachse zusätzlich ein herkömmliches Differenzialelement zum Einsatz. Die herkömmlichen Möglichkeiten zum Bereitstellen einer Drehzahlausgleichsfunktion zwischen den Rädern einer gemeinsamen Antriebsachse sind zum einen besonders aufwendig im Aufbau und zum anderen besonders masseintensiv.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfache und besonders effiziente Möglichkeit zum Ausgleichen einer Drehzahl zwischen zwei Rädern einer gemeinsamen Antriebsachse bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Figur offenbart.
Erfindungsgemäß wird eine Antriebsachse für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Die Antriebsachse weist eine elektrische Antriebsmaschine auf, die eine Rotorwelle umfasst. Ist die Antriebsachse bestimmungsgemäß in das Kraftfahrzeug eingebaut, bildet die elektrische Antriebsmaschine der Antriebsachse einen Traktionsmotor für das Kraftfahrzeug bzw. des Kraftfahrzeugs. Das bedeutet, dass es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein zumindest teilweise elektrisch antreibbares bzw. fortbewegbares Kraftfahrzeug handelt, beispielsweise um ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder um ein rein elektrisch antreibbares bzw. rein elektrisch fortbewegbares Kraftfahrzeug („Elektro-Kraftfahrzeug“). Dabei kann die Antriebsachse des elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs eine erste Achse, beispielsweise eine Vorderachse, des Kraftfahrzeugs sein. Ferner ist es denkbar, dass die Antriebsachse eine zweite Achse, beispielsweise eine Hinterachse, des Kraftfahrzeugs ist. Ferner ist es denkbar, dass das elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug zwei erfindungsgemäße Antriebsachsen aufweist, was bedeutet, dass sowohl die erste Achse des Kraftfahrzeugs als auch die zweite Achse des Kraftfahrzeugs durch eine jeweilige erfindungsgemäße Antriebsachse gebildet ist.
Die Antriebsachse weist weiter ein erstes Achsabtriebselement und ein zweites Achsabtriebselement auf. Bei dem jeweiligen Achsabtriebselement handelt es sich insbesondere um eine Radnabe, an welcher ein Rad der Antriebsachse befestigt oder befestigbar ist. Zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und dem jeweiligen Achsabtriebselement sind eine erste und eine zweite Übersetzungseinrichtung ausgebildet. Das bedeutet, dass zwischen einem Rotor der elektrischen Antriebsmaschine und dem ersten Achsabtriebselement die erste Übersetzungseinrichtung zumindest teilweise angeordnet ist, wobei zwischen dem Rotor und dem zweiten Achsabtriebselement die zweite Übersetzungseinrichtung zumindest teilweise angeordnet ist. Dabei weist die erste Übersetzungseinrichtung ein erstes Übersetzungsantriebselement sowie ein erstes Übersetzungsabtriebselement auf. Die zweite Übersetzungseinrichtung weist entsprechend ein zweites Übersetzungsantriebselement sowie ein zweites Übersetzungsabtriebselement auf. Das jeweilige Übersetzungsantriebselement und die Rotorwelle sind drehfest miteinander verbunden, wobei das erste Übersetzungsabtriebselement mit dem ersten Achsabtriebselement und das zweite Übersetzungsabtriebselement mit dem zweiten Achsabtriebselement drehfest verbunden ist. So sind die Achsabtriebselemente und die Rotorwelle über die Übersetzungseinrichtungen drehfest miteinander verbunden, wodurch die an den Radnaben befestigten Räder der Antriebsachse oder des mit der Antriebsachse ausgestatteten Kraftfahrzeugs mittels der elektrischen Antriebsmaschine elektrisch antreibbar sind.
Generell ist hierin unter „drehfest miteinander verbunden“ zu verstehen, dass eine freie Relativdrehung zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element der Antriebsachse, die drehfest miteinander verbunden sind, gesperrt ist. Wird also im Betrieb der Antriebsachse eines der Elemente festgehalten, etwa gegen ein Drehen/Rotieren gesperrt (beispielsweise mittels einer Bremse, einer Kupplung etc.), ist das drehfest damit verbundene Element ebenfalls gegen ein Drehen gesperrt. Dennoch ist hierin eine Relativdrehung zwischen den Elementen, die als drehfest miteinander verbunden beschrieben werden, in einem Betrieb der Antriebsachse freigegeben, wenn zwischen den Elementen eine Unter- oder Übersetzung eingesetzt ist. Dementsprechend kann sich im Betrieb eines der Elemente schneller oder langsamer drehen als das damit drehfest verbundene Element. Hierzu sind entsprechende Wellen der Elemente kraft-, form- und/oder stoffschlüssig aneinander in axialer Richtung befestigt, kämmen entsprechende Zahnräder der Elemente direkt oder mittels eines weiteren Getriebeelements (Zahnrad, Zugmittel etc.) miteinander etc.
Die jeweilige Übersetzungseinrichtung weist eine jeweilige Reibelementkupplung auf, sodass die Antriebsachse zwei Reibelementkupplungen aufweist. Weiter weist die jeweilige Übersetzungseinrichtung insbesondere ein jeweiliges radnah angeordnetes Übersetzungsgetriebe mit einem Übersetzungsgetriebeantriebselement (etwa einer Übersetzungsgetriebeantriebswelle, einem Übersetzungsgetriebeantriebszahnrad etc.) und einem Übersetzungsgetriebeabtriebselement (etwa einer Übersetzungsgetriebeabtriebswelle, einem Übersetzungsgetriebeabtriebszahnrad etc.) auf. Bei dem jeweiligen radnahen Übersetzungsgetriebe handelt es sich um eine sogenannte letzte Übersetzung der Antriebsachse, was bedeutet, dass zwischen einem jeweiligen Übersetzungsgetriebeabtriebselement und dem daran angebundenen Element der Antriebsachse, etwa Achsabtriebselement oder einem Kupplungsantriebselement, keine mechanische Untersetzung oder Übersetzung stattfindet. Das jeweilige radnahe Übersetzungsgetriebe, insbesondere eine letzte Teilübersetzung des jeweiligen radnahen Übersetzungsgetriebes, kann auch als „Final Drive“ bezeichnet werden.
Die Reibelementkupplungen weisen jeweils ein Kupplungsantriebselement und ein Kupplungsabtriebselement auf. Über das Kupplungsantriebselement werden die Reibelementkupplungen in einem Betrieb der Antriebsachse, zum Beispiel in einem Fahrbetrieb des mit der Antriebsachse ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, angetrieben, wohingegen die Reibelementkupplungen mittels des Kupplungsabtriebselements Drehzahl und Drehmoment bereitstellen. Dabei sind - je nach Kupplungsschlupf der jeweiligen Reibelementkupplung - das/die am Kupplungsantriebselement anliegende Antriebsdrehmoment/Antriebsdrehzahl und das/die am Kupplungsabtriebselement bereitgestellte Abtriebsdrehmoment/Abtriebsdrehzahl voneinander unterschiedlich. Hierin werden das Kupplungsantriebselement und das Kupplungsabtriebselement in Bezug auf einen motorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine (wenn mittels der elektrischen Antriebsmaschine zum Fortbewegen des Kraftfahrzeugs Drehzahl/Drehmoment erzeugt und über die Übersetzungseinrichtungen an die Achsabtriebselemente übertragen wird) angesprochen, es ist jedoch zu verstehen, dass mittels des jeweiligen Kupplungsantriebselements Drehzahl/Drehmoment bereitgestellt werden kann, etwa in einem generatorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine, zum Beispiel in einem Rekuperationsbetrieb des Kraftfahrzeugs.
Die Antriebsachse weist darüber hinaus eine Drehzahlausgleichseinrichtung auf, die durch die Reibelementkupplungen der Übersetzungseinrichtungen gebildet ist oder die Reibelementkupplungen zumindest aufweist. Mit anderen Worten ist durch die Reibelementkupplungen die Drehzahlausgleichseinrichtung zumindest teilweise gebildet. Mittels der Reibelementkupplungen bzw. der Drehzahlausgleichseinrichtung ist unter einem Verstellen eines Kupplungsschlupfes wenigstens einer der Reibelementkupplungen ein Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen den Achsabtriebselementen stufenlos einstellbar. Durch die Drehzahlausgleichseinrichtung der Antriebsachse ist demnach ein Drehzahlausgleich zwischen den Achsabtriebselementen/Radnaben bzw. Rädern der Antriebsachse ermöglicht, beispielsweise wenn das mit der Antriebsachse oder den Antriebsachsen ausgerüstete Kraftfahrzeug eine Kurve durchfährt. Denn bei Kurvenfahrt ergeben sich unterschiedliche Drehzahlen zwischen einem kurveninneren und einem kurvenäußeren der Räder. Hierzu weist die Drehzahlausgleichseinrichtung die Reibelementkupplungen auf, was bedeutet, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung die Übersetzungseinrichtungen teilweise aufweist.
Infolgedessen weist die Antriebsachse, insbesondere die Drehzahlausgleichseinrichtung, je Reibelementkupplung zwei reibschlüssig zusammenwirkende oder in Zusammenwirkung bringbare Kupplungselemente, beispielsweise Reibscheiben, auf. Durch die Reibelementkupplungen ist eine besonders einfache und günstige Möglichkeit geschaffen, einen Drehzahlausgleich zwischen den Rädern der Antriebsachse auszuführen, wobei die Drehzahlausgleichseinrichtung, das heißt die Reibelementkupplungen, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Differenzial, etwa einem Kegelraddifferenzial, einem Stirnraddifferenzial, einem Kronenraddifferenzial etc., besonders einfach im Aufbau ist. Dies ist ökonomisch und ökologisch günstig, da zum einen zur Herstellung der Drehzahlausgleichseinrichtung und infolgedessen der Antriebsachse besonders wenig Rohstoff benötigt wird und zum anderen die Antriebsachse und infolgedessen das mit der Antriebsachse ausgerüstete Kraftfahrzeug besonders masseeffizient ausgebildet ist. Hierdurch ist das mit der Antriebsachse ausgerüstete Kraftfahrzeug besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar.
In weiterer Ausgestaltung der Antriebsachse ist vorgesehen, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung frei von einem Zahnradgetriebe ist. Mit anderen Worten ist die Drehzahlausgleichseinrichtung, und insbesondere die Antriebsachse, frei von zum Drehzahlausgleich ineinander kämmenden Kegelrädern, Stirnrädern, Kronenrädern, etc. Anders ausgedrückt sind die Reibelementkupplungen frei von einem solchen Zahnradgetriebe. Hierdurch ist einem Gedanken an eine besonders leichte und besonders kompakte Drehzahlausgleichseinrichtung in besonderem Maße Rechnung getragen.
Die Drehzahlausgleichseinrichtung und infolgedessen die Antriebsachse kann noch leichter ausgebildet werden, wenn - wie in Weiterbildung der Antriebsachse vorgesehen - die Drehzahlausgleichseinrichtung zum Einstellen des Drehzahlübersetzungsverhältnisses genau die zwei Reibelementkupplungen aufweist. Hierdurch ist nicht ausgeschlossen, dass die Antriebsachse und/oder die Drehzahlausgleichseinrichtung für andere Aufgaben bzw. Funktionen der Antriebsachse oder der Drehzahlausgleichseinrichtung eine weitere, beispielsweise dritte Reibelementkupplung aufweist.
In Weiterbildung der Antriebsachse sind das Kupplungsantriebselement einer der Reibelementkupplungen oder beider Reibelementkupplungen und die Rotorwelle direkt drehfest miteinander verbunden. Dabei sind das Kupplungsabtriebselement der entsprechenden Reibelementkupplung oder Reibelementkupplungen und das Übersetzungsgetriebeantriebselement des entsprechenden Übersetzungsgetriebes direkt miteinander drehfest verbunden. Ferner sind das Übersetzungsgetriebeabtriebselement des entsprechenden Übersetzungsgetriebes und das entsprechende Achsabtriebselement direkt miteinander drehfest verbunden. So sind die Rotorwelle und das entsprechende Achsabtriebselement in Leistungsübertragungsrichtung (bei motorischem Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine) über die entsprechende Reibelementkupplung und über das entsprechende Übersetzungsgetriebe drehfest miteinander verbunden. Insofern ist die Reibelementkupplung, deren Kupplungsantriebselement direkt mit der Rotorwelle drehfest verbunden ist und deren Kupplungsabtriebselement direkt mit dem Übersetzungsgetriebeantriebselement drehfest verbunden ist, bei der bestimmungsgemäß montierten bzw. zusammengebauten Antriebsachse unmittelbar zwischen dem entsprechenden Übersetzungsgetriebe und dem Rotor der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet. Dies kann auf die erste Reibelementkupplung und/oder auf die zweite Reibelementkupplung zutreffen. Vorteilhaft hierbei ist, dass die entsprechend angeordnete der Reibelementkupplungen besonders wenig Drehmoment übertragen muss, was dazu führt, dass die Reibelemente und deren Aktuierung kompakter, kleiner und leichter ausgeführt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Antriebsachse sind das Kupplungsantriebselement einer der Reibelementkupplungen oder beider Reibelementkupplungen und das Übersetzungsgetriebeabtriebselement des entsprechenden Übersetzungsgetriebes direkt drehdrehfest miteinander verbunden. Dabei sind das Kupplungsabtriebselement der entsprechenden Reibelementkupplung oder Reibelementkupplungen und das entsprechende Achsabtriebselement direkt miteinander drehfest verbunden. Ferner sind das Übersetzungsgetriebeabtriebselement des entsprechenden Übersetzungsgetriebes und die Rotorwelle direkt miteinander drehfest verbunden. So sind die Rotorwelle und das entsprechende Achsabtriebselement in Leistungsübertragungsrichtung (bei motorischem Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine) über das entsprechende Übersetzungsgetriebe und über die entsprechende Reibelementkupplung drehfest miteinander verbunden. Insofern ist die Reibelementkupplung, deren Kupplungsantriebselement direkt mit dem Übersetzungsabtriebselement drehfest verbunden ist und deren Kupplungsabtriebselement direkt mit dem entsprechenden Achsabtriebselement drehfest verbunden ist, bei der bestimmungsgemäß montierten bzw. zusammengebauten Antriebsachse unmittelbar zwischen dem entsprechenden Übersetzungsgetriebe und dem Achsabtriebselement angeordnet. Dies kann auf die erste Reibelementkupplung und/oder auf die zweite Reibelementkupplung zutreffen. Vorteilhaft hierbei ist, dass die entsprechend angeordnete der Reibelementkupplungen aufgrund ihrer im Vergleich zum Übersetzungsgetriebe kompakteren Außenabmessungen besonders effizient in radnaher Einbaulage (das heißt in Fahrzeugquerrichtung besonders weit außen) angeordnet werden kann, wodurch beim Bau bzw. beim Konzipieren des Kraftfahrzeugs besonders vielseitig/flexibel auf Packaging-Anforderungen reagiert werden kann.
In Bezug auf die beiden vorstehend dargelegten möglichen Ausgestaltungen der Antriebsachse ist festzuhalten, dass eine Mischform dieser Ausgestaltungen insoweit möglich ist, als eine der Reibelementkupplungen der Antriebsachse bzw. Drehzahlausgleichseinrichtung unmittelbar zwischen Rotor und dem entsprechenden Übersetzungsgetriebe angeordnet sein kann, wohingegen die andere der Reibelementkupplungen derselben Antriebsachse bzw. Drehzahlausgleichseinrichtung unmittelbar zwischen dem Übersetzungsgetriebe und dem entsprechenden Achsabtriebselement angeordnet sein kann.
Um dem Gedanken an ein besonders vorteilhaftes Packaging noch weiter Rechnung zu tragen, kann - wie in weiterer Ausgestaltung der Antriebsachse vorgesehen - die erste Reibelementkupplung auf einer ersten Seite eines Stators der elektrischen Antriebsmaschine angeordnet sein, wobei die die zweite Reibelementkupplung auf einer der ersten Seite axial gegenüberliegenden, zweiten Seite des Rotors angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich eine vorteilhaft besonders einfache Konstruktion der Antriebsachse, da auf einen weiteren Leistungsübertragungspfad parallel zur Rotorwelle verzichtet werden kann. Hierdurch ist dem Gedanken an ein besonders vorteilhaftes Packaging in besonderem Maße Rechnung getragen.
In einer alternativen Weiterbildung sind die Reibelementkupplungen auf einer gemeinsamen Seite eines Stators der elektrischen Antriebsmaschine zu einer Doppelkupplung angeordnet. Hierfür weist die Antriebsachse einen parallel zur Rotorwelle verlaufenden Leistungsübertragungspfad auf. Die Rotorwelle ist in dieser Ausgestaltung als eine Hohlwelle ausgebildet und wird in diesem Zusammenhang als Rotorhohlwelle bezeichnet. Die Drehzahlausgleichseinrichtung umfasst eine - achsparallel oder koaxial - in der Hohlwelle bzw. Rotorhohlwelle verlaufende Innenwelle, mittels derer das Kupplungsabtriebselement einer der Reibelementkupplungen der Doppelkupplung und ein Übersetzungsgetriebeantriebselement eines der Übersetzungsgetriebe drehfest miteinander verbunden sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Übersetzungsgetriebe beiderseits des Stators angeordnet sind. Es ist aber genauso gut denkbar, die Übersetzungsgetriebe ebenfalls auf einer gemeinsamen Seite des Rotors anzuordnen, insbesondere auf der Seite des Rotors, auf der die Doppelkupplung angeordnet ist.
Bei der Doppelkupplung können die Reibelementkupplungen in axialer Richtung der Innenwelle und/oder der Rotorhohlwelle nebeneinander angeordnet sein. Ferner können die Reibelementkupplungen der Doppelkupplung konzentrisch angeordnet sein, wobei durch eine der Reibelementkupplungen entlang einer Radialrichtung der Doppelkupplung eine innere Reibelementkupplung und durch die entsprechend andere der Reibelementkupplungen eine äußere Reibelementkupplung gebildet ist. Dadurch ist die Doppelkupplung entlang der Axialrichtung der Rotorhohlwelle und/oder der Innenwelle besonders schmal, was erneut zu einem Packaging-Vorteil führt, insbesondere in Fahrzeugquerrichtung.
Indem die Doppelkupplung im Vergleich zu zwei separat voneinander hergestellten und angeordneten Einzelkupplungen bauteilärmer ist und weniger Befestigungselemente erfordert, ist die mit der Doppelkupplung ausgestattete Antriebsachse weiter besonders ressourcenschonend herstellbar. Die Antriebsachse ist in diesem Fall auch effizienter, insbesondere schneller herstellbar bzw. montierbar, denn es muss nur die Doppelkupplung gehandhabt werden und nicht die zwei unzusammenhängenden Einzelkupplungen. Mit anderen Worten entfällt wenigstens ein Arbeitstakt, bei dem eine der Einzelkupplungen montiert bzw. verbaut wird.
In weiterer Ausgestaltung der Antriebsachse weist die Drehzahlausgleichseinrichtung, insbesondere die jeweilige Reibelementkupplung, eine Spanneinheit auf, mittels derer die Reibelemente der Reibelementkupplungen, beispielsweise die Reibscheiben, mit einer vorgegebenen Spannkraft zueinander hin gespannt sind oder werden. Die Spanneinheit weist beispielsweise eine Federeinrichtung auf, mittels derer die Reibelemente zueinander hin- oder aneinandergespannt sind. Durch diese vorgegebene oder vorgebbare Spannkraft beginnen/beginnt im Betrieb der Antriebsachse, insbesondere der Drehzahlausgleichseinrichtung, die erste und/oder die zweite Reibelementkupplung zu rutschen, wenn zwischen den Rädern der Antriebsachse ein Drehzahl- und/oder Drehmomentunterschied herrscht. Dabei kann die Spannkraft derart vorgegeben sein, beispielsweise durch eine entsprechende Auswahl der Federeinrichtung, dass die entsprechende Reibelementkupplung erst dann zu rutschen beginnt, wenn eine bestimmte Drehzahldifferenz und/oder eine bestimmte Momentdifferenz zwischen den Rädern der Antriebsachse vorliegt. Hierdurch ist die Drehzahlausgleichseinrichtung noch einfacher aufgebaut.
In einer alternativen Ausgestaltung der Antriebsachse weist die Drehzahlausgleichseinrichtung zum Einstellen des Kupplungsschlupfes der Reibelementkupplung oder Reibelementkupplungen und infolgedessen des Drehzahlübersetzungsverhältnisses eine oder mehr der folgenden Einstelleinheiten auf (insbesondere je Reibelementkupplung): eine hydraulische Einstelleinheit, eine elektromechanische Einstelleinheit, eine pneumatische Einstelleinheit. Ferner sind weitere/andere Einstelleinheiten denkbar, etwa magnetische etc. Mittels der (jeweiligen) Einstelleinheit oder der Einstelleinheiten der Drehzahlausgleichseinrichtung ist die Spannkraft, mit der die Kupplungselemente bzw. Reibelemente zueinander hin gespannt sind, einstellbar. Indem die Spannkraft einstellbar, insbesondere regelbar ist, lässt sich die Drehzahlausgleichseinrichtung, die die Reibelementkupplungen aufweist, besonders vielseitig bzw. flexibel einsetzen, beispielsweise angepasst an einen Reibwiderstandsbeiwert, der zwischen dem entsprechenden Rad der Antriebsachse und einem Untergrund herrscht, auf welchem das Rad und infolgedessen die Antriebsachse bzw. das Kraftfahrzeug aufgestellt ist.
Es ist des Weiteren denkbar, die Reibelementkupplungen einzusetzen, um eine gezielte Drehmomentüberhöhung an einem der Räder der Antriebsachse hervorzurufen, etwa um eine Dynamik des Kraftfahrzeugs bei Kurvenfahrt zu erhöhen. Hierzu wird mittels der elektrischen Antriebsmaschine ein Drehmoment bereitgestellt, das höher ist als ein zum Durchfahren der Kurve am kurvenäußeren Rad erforderliches Drehmoment. Dieses Drehmoment wird mittels der Reibelementkupplung, die dem kurveninneren Rad zugeordnet ist, auf das für das kurveninnere Rad erforderliche Maß heruntergeregelt. Zur Dynamikerhöhung kann dann gleichzeitig die Reibelementkupplung, die dem kurvenäußeren Rad zugeordnet ist, mit weniger Schlupf betrieben werden, sodass letztlich am kurvenäußeren Rad mehr Drehmoment zur Verfügung steht.
Im Zusammenhang mit den Einstelleinheiten ist in weiterer Ausgestaltung der Antriebsachse vorgesehen, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung zum Steuern der jeweiligen Einstelleinheit oder zum Steuern der Einstelleinheiten eine elektronische Steuereinheit aufweist, die zur Steuersignalübertragung kabellos und/oder kabelgebunden mit der Einstelleinheit oder den Einstelleinheiten verbunden oder verbindbar ist. Bei der Steuereinheit kann es sich zum Beispiel um ein Steuergerät der Antriebsachse und/oder des Kraftfahrzeugs handeln. Es ist beispielsweise denkbar, dass es sich bei der Steuereinheit um ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugsicherheitssystems handelt, beispielsweise um einen automatischen Blockierverhinderer, um ein elektronisches Stabilitätsprogramm, um eine Anti-Schlupf-Regelung etc. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die elektronische Steuereinheit, die zum Steuern der jeweiligen Einstelleinheit ausgebildet ist, eine Sensorik aufweist oder mit einer Sensorik verbunden oder verbindbar ist, wobei mittels der Sensorik im Betrieb der Antriebsachse bzw. des Kraftfahrzeugs wenigstens ein einen aktuellen Fahrzustand des Kraftfahrzeugs charakterisierender Sensorwert bereitgestellt wird. Hierzu kann die Sensorik zum Beispiel Beschleunigungssensoren, Raddrehzahlsensoren, Geschwindigkeitssensoren, Temperatursensoren etc. aufweisen. Es ist dann denkbar, dass basierend auf den Sensorsignalen mittels der Steuereinheit die Einstelleinheit oder die Einstelleinheiten der Drehzahlausgleichseinrichtung bzw. der Reibelementkupplungen gesteuert oder geregelt werden. Auf diese Weise ist ein besonders zuverlässiges Steuern der Einstelleinheit oder Einstelleinheiten ermöglicht, wobei insbesondere im Hinblick auf das Erfassen des aktuellen Fahrzustands des Kraftfahrzeugs mittels der Sensorik eine Verkehrssicherheit gesteigert werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsachse ist vorgesehen, dass das jeweilige radnahe Übersetzungsgetriebe eines oder mehr der folgenden Getriebe in einstufiger oder mehrstufiger Ausführung aufweist: ein Zugmittelgetriebe, ein Planetengetriebe, ein Stirnradgetriebe. Somit ist die Antriebsachse - je nach Getriebeart und/oder Ausführung - besonders vielseitig bzw. flexibel einsetzbar. Denn es ist insbesondere denkbar, dass die Antriebsachse in modularer Bauweise ausgeführt ist, wobei aus einem Getriebebaukasten das Zugmittelgetriebe, das Planetengetriebe und/oder das Stirnradgetriebe ausgewählt werden können/kann, wobei die Getriebe des Baukastens, das heißt das Zugmittelgetriebe, das Planetengetriebe und das Stirnradgetriebe, mit der Rotorwelle der elektrischen Antriebsmaschine, mit den Kupplungsantriebselementen, mit den Kupplungsabtriebselementen und/oder mit den Achsabtriebselementen kompatibel sind. So lassen sich je nach Bedarf besonders einfach und/oder aufwandsarm unterschiedliche Antriebsachsen herstellen, die an unterschiedliche Anforderungen, wie Bauhöhe, Portalhöhe, Spurweite, Unter-/Übersetzung, Robustheit/Stabilität, zu erwartender Wartungsaufwand etc., angepasst sind.
Einer weiteren Ausgestaltung der Antriebsachse zufolge weist das erste radnahe Übersetzungsgetriebe einen ersten Planetengetrieberadsatz auf, wobei das zweite radnahe Übersetzungsgetriebe einen zweiten Planetengetrieberadsatz aufweist. Dabei ist das erste Kupplungsabtriebselement der ersten Reibelementkupplung mit einem Sonnenrad oder einem Steg oder einem Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden. Dahingegen ist das zweite Kupplungsabtriebselement der zweiten Reibelementkupplung mit einem Sonnenrad oder einem Steg oder einem Hohlrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden. Im Fall, dass das entsprechende Kupplungsabtriebselement mit dem Sonnenrad des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, erfolgt der Abtrieb über den Steg des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes, wobei das Hohlrad des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Im Fall, dass das entsprechende Kupplungsabtriebselement mit dem Steg des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, erfolgt der Abtrieb über das Hohlrad des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes, wobei das Sonnenrad des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Im Fall, dass das entsprechende Kupplungsabtriebselement mit dem Hohlrad des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, erfolgt der Abtrieb über den Steg des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes, wobei das Sonnenrad des entsprechenden Planetengetrieberadsatzes drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist.
Wie bereits dargelegt, kann der jeweilige Planetengetrieberadsatz des radnahen Übersetzungsgetriebes einstufig oder mehrstufig ausgeführt sein. Beispielsweise kann der jeweilige Planetengetrieberadsatz als ein Koppelgetriebe mit mehr als einem Sonnenrad, mehr als einem Steg und/oder mehr als einem Hohlrad ausgebildet sein. Weiter ist in dieser Ausgestaltung insbesondere vorgesehen, dass, wenn das erste Kupplungsabtriebselement der ersten Reibelementkupplung mit dem Sonnenrad des ersten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, das Kupplungsabtriebselement der zweiten Reibelementkupplung mit dem Sonnenrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist. In analoger Weise gilt, dass, wenn das Kupplungsabtriebselement der ersten Reibelementkupplung mit dem Steg bzw. Planetenträger des ersten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, das zweite Kupplungsabtriebselement der zweiten Reibelementkupplung mit dem Steg bzw. Planetenträger des zweiten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist. Weiter gilt, dass, wenn das erste Kupplungsabtriebselement der ersten Reibelementkupplung mit dem Hohlrad des ersten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist, das Kupplungsabtriebselement der zweiten Reibelementkupplung mit dem Hohlrad des zweiten Planetengetrieberadsatzes drehfest verbunden ist. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders kompakt ausgebildete Antriebsachse, insbesondere hinsichtlich einer axialen Erstreckung der Antriebsachse bzw. entlang der Querachse oder Nickachse des Kraftfahrzeugs, das mit der Antriebsachse ausgerüstet ist. Ein jeweiliges Hohlrad des jeweiligen radnahen Übersetzungsgetriebes bzw. des jeweiligen Planetengetrieberadsatzes ist in Bezug zu einem Stator der elektrischen Antriebsmaschine, beispielsweise an einem Gehäuse der Antriebsachse, drehfest befestigt.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch antreibbares bzw. fortbewegbares Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder Elektro-Kraftfahrzeug. Dabei kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Personenkraftwagen und/oder Lastkraftwagen handelt. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist mit einer gemäß der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Antriebsachse ausgerüstet. Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebsachse sind als Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs anzusehen und umgekehrt.
Durch die besonders kompakt ausgebildete Antriebsachse ergeben sich beispielsweise beim Konzipieren des Kraftfahrzeugs oder von neuen Kraftfahrzeugen Vorteile hinsichtlich einer Packaging-Problematik, insbesondere entlang der Querachse bzw. Nickachse des Kraftfahrzeugs. Ferner ist das mit der Antriebsachse ausgerüstete Kraftfahrzeug besonders kraftstoff- bzw. energieeffizient und/oder emissionsarm betreibbar, da die Antriebsachse besonders masseeffizient ausgebildet ist.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Ansicht einer Antriebsachse in einer ersten Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der wenigstens eine von zwei Reibelementkupplungen unmittelbar zwischen einem Übersetzungsgetriebe und einem Achsabtriebselement angeordnet ist, und in einer zweiten Ausgestaltungsmöglichkeit, bei der wenigstens einer der beiden Reibelementkupplungen unmittelbar zwischen dem Übersetzungsgetriebe und einem Rotor einer elektrischen Antriebsmaschine der Antriebsachse angeordnet ist;
2 eine schematische Ansicht der Antriebsachse, wobei die Reibelementkupplungen zu einer Doppelkupplung zusammengefasst sind; und
3 eine schematische Ansicht der Antriebsachse, wobei die Reibelementkupplungen der Doppelkupplung in radialer Richtung konzentrisch angeordnet sind.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Folgenden werden eine Antriebsachse 1 und ein mit der Antriebsachse 1 ausgerüstetes Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) in gemeinsamer Beschreibung dargelegt.
Die Antriebsachse 1 ist für das Kraftfahrzeug ausgebildet. Das bedeutet, dass, wenn die Antriebsachse 1 bestimmungsgemäß in/an das Kraftfahrzeug gebaut ist, das Kraftfahrzeug die Antriebsachse 1 aufweist. Bei der Antriebsachse 1 handelt es sich um eine elektrische Antriebsachse, da die Antriebsachse 1 eine elektrische Antriebsmaschine 2 aufweist, die einen Stator 3 und einen Rotor 4 umfasst. Dabei ist der Stator 3 der elektrischen Antriebsmaschine 2 drehfest an einem Gehäuse 5 der Antriebsachse 1 angeordnet bzw. an dem Gehäuse 5 befestigt. Drehfest mit dem Rotor 4 verbunden ist eine Rotorwelle 6 der elektrischen Antriebsmaschine 2, die zwei Enden 7, 8 aufweist. Lediglich um die Antriebsachse 1 besonders einfach beschreiben zu können, wird im Folgenden das mit 7 bezeichnete Ende der Rotorwelle 6 als erstes Rotorwellenende 7 bezeichnet, wohingegen das mit 8 bezeichnete Ende der Rotorwelle 6 als zweites Rotorwellenende 8 bezeichnet wird.
Die Antriebsachse 1 weist weiter zwei radnahe Übersetzungseinrichtungen 9, 10 auf, wobei im Folgenden die mit 9 bezeichnete Übersetzungseinrichtung als erste Übersetzungseinrichtung 9 bezeichnet wird, wohingegen die mit 10 bezeichnete Übersetzungseinrichtung als zweite Übersetzungseinrichtung 10 bezeichnet wird. Die Übersetzungseinrichtungen 9, 10 können gleich/funktionsgleich oder unterschiedlich ausgebildet sein. Das heißt, die hierin gemachten Aussagen zur ersten Übersetzungseinrichtung 9 können analog für die zweite Übersetzungseinrichtung 10 gelten und umgekehrt, insbesondere, wenn die Antriebsachse 1 spiegelsymmetrisch ausgebildet ist.
Die Antriebsachse 1 weist weiter ein erstes Achsabtriebselement 11 und ein zweites Achsabtriebselement 12 auf, die jeweils zum Beispiel als eine Radnabe ausgebildet sind, und an denen Räder 13 ,14 der Antriebsachse 1 bzw. des Kraftfahrzeugs befestigt sind.
Die jeweilige Übersetzungseinrichtung 9, 10 weist eine Reibelementkupplung 15, 16 sowie ein Übersetzungsgetriebe 17, 18 auf. Gemäß 1 sind die Rotorwelle 6 und das Achsabtriebselement 11, 12 dabei über die Übersetzungseinrichtung 9, 10 drehfest miteinander verbunden. Die erste Reibelementkupplung 15 weist ein erstes Kupplungsantriebselement 19 und ein erstes Kupplungsabtriebselement 20 auf, wohingegen die zweite Reibelementkupplung 16 ein zweites Kupplungsantriebselement 21 sowie ein zweites Kupplungsabtriebselement 22 aufweist. Ferner weist das erste Übersetzungsgetriebe 17 ein erstes Übersetzungsgetriebeantriebselement 23 und ein erstes Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24 auf, wobei das zweite Übersetzungsgetriebe 18 ein zweites Übersetzungsgetriebeantriebselement 25 und ein zweites Übersetzungsgetriebeabtriebselement 26 auf.
Je nach Ausgestaltung/Anordnung der Elemente der Übersetzungseinrichtungen 9, 10 - siehe rechte bzw. linke Hälfte der in 1 dargestellten Antriebsachse - sind ein erstes Übersetzungsantriebselement 27 und ein zweites Übersetzungsantriebselement 28 sowie ein erstes Übersetzungsabtriebselement 29 und ein zweites Übersetzungsabtriebselement 30 durch unterschiedliche Elemente der entsprechenden Übersetzungseinrichtung 9, 10 gebildet. So kann das entsprechende Übersetzungsantriebselement 27, 28 durch das entsprechende Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 gebildet sein, wobei dann das entsprechende Übersetzungsabtriebselement 29, 30 durch das entsprechende Kupplungsabtriebselement 20, 22 gebildet ist (siehe rechte Bildhälfte in 1, beispielhaft an der ersten Übersetzungseinrichtung 9 dargestellt). Alternativ oder zusätzlich kann das entsprechende Übersetzungsantriebselement 27, 28 durch das entsprechende Kupplungsantriebselement 19, 21 gebildet sein, wobei dann das entsprechende Übersetzungsabtriebselement 29, 30 durch das entsprechende Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24, 26 gebildet ist (siehe linke Bildhälfte in 1, beispielhaft an der zweiten Übersetzungseinrichtung 10 dargestellt). Dabei kann die Antriebsachse 1 spiegelgleich ausgebildet sein, wobei die Übersetzungseinrichtungen 9, 10 analog ausgebildet und angeordnet sind, oder unsymmetrisch, wobei eine der Übersetzungseinrichtungen 9, 10 gemäß der beispielhaft dargelegten ersten Übersetzungseinrichtung 9 ausgebildet ist und die andere der Übersetzungseinrichtungen 9, 10 gemäß der beispielhaft dargelegten zweiten Übersetzungseinrichtung 10 ausgebildet ist.
Jedenfalls gilt für das mit der Antriebsachse 1 ausgerüstete Kraftfahrzeug, dass das erste Übersetzungsantriebselement 27 drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist, sodass die elektrische Antriebsmaschine 2 über das erste Rotorwellenende 7, über das erste Übersetzungsantriebselement 27, über die erste Übersetzungseinrichtung 9, über das erste Übersetzungsabtriebselement 29 sowie über das erste Achsabtriebselement 11 drehfest mit dem ersten Rad 13 verbunden ist. Auf diese Weise ist das erste Rad 13 der Antriebsachse 1 bzw. des Kraftfahrzeugs elektrisch antreibbar. Analog ist das zweite Übersetzungsantriebselement 28 drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist, sodass die elektrische Antriebsmaschine 2 über das zweite Rotorwellenende 8, über das zweite Übersetzungsantriebselement 28, über die zweite Übersetzungseinrichtung 10, über das zweite Übersetzungsabtriebselement 30 sowie über das zweite Achsabtriebselement 12 drehfest mit dem zweiten Rad 14 verbunden ist. Auf diese Weise ist das zweite Rad 14 der Antriebsachse 1 bzw. des Kraftfahrzeugs elektrisch antreibbar.
Die Antriebsachse 1 weist weiter eine Drehzahlausgleichseinrichtung 31 auf, die die Reibelementkupplungen 15, 16 aufweist. Das bedeutet, die Drehzahlausgleichseinrichtung 31 ist durch die beiden Reibelementkupplungen 15, 16 gebildet. Mittels der Reibelementkupplungen 15, 16, das heißt mittels der Drehzahlausgleichseinrichtung 31, ist unter einem Verstellen eines Kupplungsschlupfes wenigstens einer der Reibelementkupplungen 15, 16 ein Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen den Achsabtriebselementen 11, 12 stufenlos einstellbar.
Im vorliegenden Beispiel ist die Drehzahlausgleichseinrichtung 31, sind insbesondere die Reibelementkupplungen 15, 16, frei von einem Zahnradgetriebe, wie einem Kegelraddifferenzial, einem Stirnraddifferenzial, einem Kronenraddifferenzial etc. Ferner weist die Drehzahlausgleichseinrichtung 31 im vorliegenden Beispiel zum Einstellen des Drehzahlübersetzungsverhältnisses zwischen Achsabtriebselementen 11, 12 lediglich die beiden Reibelementkupplungen 15, 16 und keine weitere Reibelementkupplung auf.
Es ist zu verstehen, dass in 1 zwei Ausführungsformen der Antriebsachse nebeneinander dargestellt sind. Durch die elektrische Antriebsmaschine 2 verlaufen jeweilige Symmetrieebenen, die durch eine Strichpunkt-Punkt-Linie angedeutet sind. Folglich kann die Antriebsachse 1 gemäß linker Bildhälfte symmetrisch ausgebildet sein. Ferner kann die Antriebsachse 1 gemäß rechter Bildhälfte symmetrisch ausgebildet sein. Es ist aber genauso gut denkbar, dass die Antriebsachse 1 sowohl die in der rechten Bildhälfte dargestellten Elemente mit deren entsprechender positioneller und funktioneller Anordnung als auch die in der linken Bildhälfte dargestellten Elemente mit deren entsprechender positioneller und funktioneller Anordnung aufweist. Dies ist eine weiter mögliche Ausgestaltung der Antriebsachse 1.
1 zeigt in der linken Bildhälfte, dass das Kupplungsantriebselement 19, 21 wenigstens einer der Reibelementkupplungen 15, 16 direkt mit der Rotorwelle 6 drehfest verbunden sein kann, wobei das Kupplungsabtriebselement 20, 22 jener Reibelementkupplung 15, 16 und das Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 des entsprechenden Übersetzungsgetriebes 17, 18 direkt miteinander drehfest verbunden sind. Dabei sind das Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24, 26 des entsprechenden Übersetzungsgetriebes 17, 18 und das entsprechende Achsabtriebselement 11, 12 direkt miteinander drehfest verbunden. Hierbei sind das Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 und das Kupplungsabtriebselement 20, 22 drehfest miteinander verbunden. Anders ausgedrückt ist in diesem Beispiel das Übersetzungsantriebselement 27, 28 durch das Kupplungsantriebselement 19, 21 gebildet, wobei das Übersetzungsabtriebselement 29, 30 durch das Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24, 26 gebildet ist, und wobei das Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 durch das Kupplungsabtriebselement 20, 22 gebildet ist (oder jeweils umgekehrt). In diesem Fall ist die Reibelementkupplung 15, 16 entlang der Rotorwelle 6 unmittelbar neben dem Rotor 4 und unmittelbar neben dem Übersetzungsgetriebe 17, 18 angeordnet. Dabei ist das Übersetzungsgetriebe 17, 18 entlang der Rotorwelle 6 unmittelbar neben der Reibelementkupplung 15, 16 und unmittelbar neben dem Achsabtriebselement 11, 12 angeordnet. Dies kann nur für eine der Übersetzungseinrichtungen 9, 10 oder für beide Übersetzungseinrichtungen 9, 10 gelten.
Die rechte Bildhälfte der 1 zeigt, dass das Kupplungsantriebselement 19, 21 wenigstens einer der Reibelementkupplungen 15, 16 direkt mit Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24, 26 des entsprechenden Übersetzungsgetriebes 17, 18 verbunden sein kann, wobei das Kupplungsabtriebselement 20, 22 jener Reibelementkupplung 15, 16 und das Achsabtriebselement 11, 12 direkt miteinander drehfest verbunden sind. Dabei sind das Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 und die Rotorwelle 6 drehfest verbunden. Anders ausgedrückt ist in diesem Beispiel das Übersetzungsantriebselement 27, 28 durch das Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 gebildet, wobei das Übersetzungsabtriebselement 29, 30 durch das Kupplungsabtriebselement 20, 22 gebildet ist (oder jeweils umgekehrt). In diesem Fall ist das Übersetzungsgetriebe 17, 18 entlang der Rotorwelle 6 unmittelbar neben dem Rotor 4 und unmittelbar neben der Reibelementkupplung 15, 16 angeordnet. Dabei ist die Reibelementkupplung 15, 16 entlang der Rotorwelle 6 unmittelbar neben dem Übersetzungsgetriebe 17, 18 und unmittelbar neben dem Achsabtriebselement 11, 12 angeordnet. Dies kann nur für eine der Übersetzungseinrichtungen 9, 10 oder für beide Übersetzungseinrichtungen 9, 10 gelten.
Es ist denkbar, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung 31 eine Spanneinheit (nicht dargestellt) aufweist, mittels derer Reibelemente 32, zum Beispiel Reibscheiben etc.) der Reibelementkupplungen 15, 16 - gemeinsam oder separat voneinander - mit einer vorgegebenen Spannkraft zueinander hin gespannt sind. Dabei ist die vorgegebene Spannkraft konstant, beispielsweise handelt es sich bei dieser Spannkraft um eine Federkraft, wenn die Spanneinheit eine Federeinrichtung aufweist. Mittels der Federeinrichtung sind also die Reibelemente 32 der Reibelementkupplungen 15, 16 zueinander hin gespannt, sodass die Reibelemente 32 zum Beispiel aneinander anliegen, etwa über jeweilige Reibflächen der Reibelemente 32. Beispielsweise sind die Reibflächen der Reibelemente 32 durch einen Kupplungsbelag gebildet.
Alternativ oder zusätzlich umfasst die Drehzahlausgleichseinrichtung 31 zum Einstellen des Kupplungsschlupfes der Reibelementkupplungen 15, 16 und infolgedessen des Drehzahlübersetzungsverhältnisses zwischen den Achsabtriebselementen 11, 12 eine hydraulische Einstelleinheit 33 und/oder eine elektromechanische Einstelleinheit 34 und/oder eine pneumatische Einstelleinheit 35. Dabei ist die jeweilige Einstelleinheit 33, 34, 35 dazu ausgebildet, die Spannkraft, mit der die Reibelemente 32 zueinander hin gespannt werden, einzustellen. Das bedeutet, dass aufgrund der jeweiligen Einstelleinheit 33, 34, 35 oder aufgrund der Einstelleinheiten 33, 34, 35 die Reibelementkupplung 15, 16 aktiv aktuierbar bzw. regelbar ist.
Zum aktiven Steuern bzw. Ansteuern einer oder mehr der Einstelleinheiten 33, 34, 35 weist die Antriebsachse 1, insbesondere deren Drehzahlausgleichseinrichtung 31, im vorliegenden Beispiel eine elektronische Steuereinheit 36 auf, die mit einer oder mehr der Einstelleinheiten 33, 34, 35 kabellos und/oder kabelgebunden zur Steuersignalübertragung verbindbar oder verbunden ist. Das bedeutet für einen Betrieb der Antriebsachse 1, insbesondere des mit der Antriebsachse 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeugs, dass die elektronische Steuereinheit 36 ein Steuersignal oder mehrere Steuersignale bereitstellt, wobei die jeweilige Einstelleinheit 33, 34, 35 dazu ausgebildet ist, das durch die elektronische Steuereinheit 36 bereitgestellte Steuersignal als Eingangssignal zu akzeptieren. Basierend auf diesem Steuersignal aktuiert/aktuieren eine oder mehr der Einstelleinheiten 33, 34, 35 die Reibelementkupplung 15 oder 16 bzw. die Reibelementkupplungen 15, 16 gemeinsam oder separat voneinander, beispielsweise derart, dass die Spannkraft zum Aneinanderspannen der Reibelemente 32 erhöht oder verringert wird. Auf diese Weise lässt sich bei der Drehzahlausgleichseinrichtung 31 einstellen, ab welcher Drehmomentdifferenz zwischen den Rädern 13, 15 bzw. zwischen den Achsabtriebselementen 11, 12 die Reibelemente 32 aufeinander abrutschen, wodurch sich an den Achsabtriebselementen 11, 12 unterschiedliche Drehzahlen ergeben, woraus wunschgemäß, zum Beispiel bei Kurvenfahrt, unterschiedliche Raddrehzahlen resultieren.
Obwohl gemäß den Figuren die jeweilige radnahe Übersetzungseinrichtung 9, 10 als Übersetzungsgetriebe 17, 18 einen jeweiligen einstufigen Planetengetrieberadsatz aufweist, ist es in weiterer und/oder alternativer Ausgestaltung der Antriebsachse 1 denkbar, dass das jeweilige radnahe Übersetzungsgetriebe 17, 18 ein Zugmittelgetriebe, beispielsweise ein Kettengetriebe, ein Riemengetriebe etc. aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das jeweilige radnahe Übersetzungsgetriebe 17, 18 ein Stirnradgetriebe aufweist. Dabei können das Zugmittelgetriebe, das Stirnradgetriebe und/oder der Planetengetrieberadsatz jeweils einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein. Generell handelt es sich bei dem jeweiligen radnahen Übersetzungsgetriebe 17, 18 um eine jeweilige letzte Übersetzung der Antriebsachse 1, was bedeutet, dass durch das jeweilige radnahe Übersetzungsgetriebe 17, 18 - in Leistungsübertragungsrichtung bei einem motorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 2 - die Drehzahl und/oder das Drehmoment, das an dem jeweiligen Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24, 26 im motorischen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 2 anliegt, ohne Übersetzung und ohne Untersetzung auf das Achsabtriebselement 11, 12 oder auf das Kupplungsantriebselement 19, 21 und infolgedessen auf das jeweilige Rad 13, 14 übertragen wird.
Im vorliegenden Beispiel weist das erste radnahe Übersetzungsgetriebe 17 einen ersten Planetengetrieberadsatz 37 auf, wobei das zweite radnahe Übersetzungsgetriebe 18 einen zweiten Planetengetrieberadsatz 38 aufweist. Der erste Planetengetrieberadsatz 37 umfasst ein erstes Sonnenrad 39, wobei der zweite Planetengetrieberadsatz 38 ein zweites Sonnenrad 40 aufweist. Der erste Planetengetrieberadsatz 37 weist weiter einen ersten Steg 41 bzw. einen ersten Planetenträger 41 auf, wohingegen der zweite Planetengetrieberadsatz 38 einen zweiten Steg 42 bzw. einen zweiten Planetenträger 42 umfasst. Ferner weist der erste Planetengetrieberadsatz 37 ein erstes Hohlrad 43 auf, wobei der zweite Planetengetrieberadsatz 38 ein zweites Hohlrad 44 aufweist.
Gemäß der schematischen Darstellung der Antriebsachse 1 in 1 sind die Rotorwelle 6 und eines der Sonnenräder 39, 40 oder die Rotorwelle 6 und die Sonnenräder 39, 40 drehfest miteinander verbunden (siehe rechte Bildhälfte in 1). Das bedeutet, dass einerseits das erste Sonnenrad 39 und/oder das zweite Sonnenrad 40 und das entsprechende der Rotorwellenenden 7, 8 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander derart verbunden sind, dass eine Relativdrehung zwischen dem entsprechenden Sonnenrad 39, 40 und der Rotorwelle 6 gesperrt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Stirnradkranz des entsprechenden Sonnenrads 39, 40 außenumfangsseitig auf der Rotorwelle 6, insbesondere auf dem entsprechenden Rotorwellenende 7, 8, sitzt. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Rotorwelle 6 und das entsprechende Sonnenrad 39, 40 miteinander einstückig ausgebildet sind.
Alternativ - siehe linke Bildhälfte in 1 - sind das Kupplungsabtriebselement 20, 22 und eines der Sonnenräder 39, 40 oder das Kupplungsabtriebselement 20, 22 und die Sonnenräder 39, 40 drehfest miteinander verbunden. Das bedeutet, dass einerseits das erste Sonnenrad 39 und/oder das zweite Sonnenrad 40 und das entsprechende der Kupplungsabtriebselemente 20, 22 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander derart verbunden sind, dass eine Relativdrehung zwischen dem entsprechenden Sonnenrad 39, 40 und dem entsprechenden Kupplungsabtriebselement 20, 22 gesperrt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Stirnradkranz des entsprechenden Sonnenrads 39, 40 außenumfangsseitig auf dem entsprechenden Kupplungsabtriebselement 20, 22, insbesondere auf einer das Kupplungsabtriebselement 20, 22 und das entsprechende Übersetzungsgetriebe 17, 18 verbindenden Welle, sitzt. Ferner kann vorgesehen sein, dass Kupplungsabtriebselement 20, 22 und das entsprechende Sonnenrad 39, 40 miteinander einstückig ausgebildet sind. Eines der Sonnenräder, 39, 40 und eines der Rotorwellenenden 7, 8 können miteinander drehfest verbunden sein, wobei das andere der Sonnenräder mit dem entsprechenden der Kupplungsabtriebselemente 20, 22 drehfest verbunden ist.
In diesen Konstellationen sind das erste Hohlrad 43 des ersten Planetengetrieberadsatzes 37 und das zweite Hohlrad 44 des zweiten Planetengetrieberadsatzes 38 drehfest an dem Gehäuse 5 fixiert.
In weiterer oder alternativer Ausgestaltung der Antriebsachse 1 kann vorgesehen sein, dass die Sonnenräder 39, 40 drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden sind, wohingegen eine Relativdrehung zwischen den Hohlrädern 43, 44 und dem Gehäuse 5 freigegeben ist. In diesem Fall sind das Rotorwellenende 7, 8 und der Steg 41, 42 drehfest miteinander verbunden, sodass das Übersetzungsgetriebeantriebselement 23, 25 des Planetengetrieberadsatzes 37, 38 durch den Steg/Planetenträger 41, 42 gebildet ist. Dann ist das Übersetzungsgetriebeabtriebselement 24, 26 durch das Hohlrad 43, 44 gebildet, das drehfest mit dem Achsabtriebselement 11, 12 oder dem Kupplungsantriebselement 19, 21 verbunden ist. Dementsprechend ist das Sonnenrad 39, 40 des Planetengetrieberadsatzes 38, 39 bzw. des Übersetzungsgetriebes 17, 18 in Bezug zu dem Gehäuse 5 drehstarr angeordnet. Daraus folgt in dieser Ausgestaltung, dass die Sonnenräder 39, 40 drehfest mit dem Gehäuse 5 verbunden sind und nicht mit der Rotorwelle 6 verbunden sind. Alternativ sind das Kupplungsabtriebselement 20, 22 und der Steg 41, 42 drehfest miteinander verbunden. Es ist ferner denkbar, dass einer der Stege 41, 42 und eines der Rotorwellenenden 7, 8 miteinander drehfest verbunden sind, wobei der andere der Stege 41, 42 mit dem entsprechenden der Kupplungsabtriebselemente 20, 22 drehfest verbunden ist.
2 zeigt eine schematische Ansicht der Antriebsachse 1, wobei die Reibelementkupplungen 15, 16 zu einer Doppelkupplung 45 zusammengefasst sind. Es werden nur die Unterschiede zu den bis hierher dargelegten Ausgestaltungen der Antriebsachse 1 dargelegt, bei denen die Reibelementkupplungen 15, 16 auf unterschiedlichen Seiten 46, 47 der elektrischen Antriebsmaschine 2, insbesondere beiderseits des Stators 3, entlang der Rotorwelle 6 angeordnet sind. Wie aus 2 hervorgeht, sind die Reibelementkupplungen 15, 16 in dieser Ausgestaltung auf einer gemeinsamen Seite 46 oder 47 der elektrischen Antriebsmaschine 2 bzw. deren Stator 3 als die Doppelkupplung 45 angeordnet. Mit anderen Worten ist die Doppelkupplung 45, die die Reibelementkupplungen 15, 16 aufweist, auf einer der Seiten 46 oder 47 angeordnet. Hierzu ist die Rotorwelle 6 vorliegend als eine Rotorhohlwelle 48 ausgebildet, wobei die Antriebsachse 1, insbesondere eine der Übersetzungseinrichtungen 9, 10 eine Innenwelle 49 aufweist, die achsparallel oder koaxial durch die Rotorwelle 6 bzw. Rotorhohlwelle 48 hindurchverläuft. Vorliegend am Beispiel der zweiten Übersetzungseinrichtung 10 erklärt, sind mittels der Innenwelle 49 das zweite Kupplungsabtriebselement 22 der zweiten Reibelementkupplung 16 bzw. der Doppelkupplung 45 und das zweite Übersetzungsgetriebeantriebselement 25 des zweiten Übersetzungsgetriebes 18 drehfest miteinander verbunden. Dabei sind das erste Kupplungsabtriebselement 20 der ersten Reibelementkupplung 15 bzw. der Doppelkupplung 45 und das erste Übersetzungsgetriebeantriebselement 23 drehfest miteinander verbunden.
Gemäß 2 sind die Reibelementkupplungen 15, 16 der Doppelkupplung 45 entlang der Rotorwelle 6 bzw. Rotorhohlwelle 48 und/oder der Innenwelle 49 in axialer Richtung direkt hintereinander bzw. nebeneinander angeordnet. 3 zeigt eine schematische Ansicht der Antriebsachse 1, wobei die Reibelementkupplungen 15, 16 der Doppelkupplung 45 in radialer Richtung konzentrisch zur Rotorwelle 6 bzw. Rotorhohlwelle 48 und/oder zur Innenwelle 49 angeordnet sind.
Insgesamt zeigt die Erfindung eine besonders einfache bzw. effiziente Möglichkeit zum Ausgleichen einer Drehzahl zwischen den Rädern 13, 14 der Antriebsachse 1 auf. Im Gegensatz zum Einsatz eines herkömmlichen Differenzialgetriebes ist die Drehzahlausgleichseinrichtung 31 besonders kompakt und besonders leicht, wodurch die Antriebsachse 1 und infolgedessen ein mit der Antriebsachse 1 ausgerüstetes Kraftfahrzeug besonders einfach herstellbar ist. Das technische Prinzip der Drehzahlausgleichseinrichtung 31 ist dabei in vorteilhafter Weise besonders einfach, da die einer Reibelementkupplung inhärente Funktionalität ausgenutzt wird, unter Nutzung des Kupplungsschlupfes eine Drehzahldifferenz zwischen Antriebsseite und Abtriebsseite der Kupplung darzustellen.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsachse
2: elektrische Antriebsmaschine
3: Stator
4: Rotor
5: Gehäuse
6: Rotorwelle
7: erstes Rotorwellenende
8: zweites Rotorwellenende
9: erste Übersetzungseinrichtung
10: zweite Übersetzungseinrichtung
11: erstes Achsabtriebselement
12: zweites Achsabtriebselement
13: erstes Rad
14: zweites Rad
15: erste Reibelementkupplung
16: zweite Reibelementkupplung
17: erstes Übersetzungsgetriebe
18: zweites Übersetzungsgetriebe
19: erstes Kupplungsantriebselement
20: erstes Kupplungsabtriebselement
21: zweites Kupplungsantriebselement
22: zweites Kupplungsabtriebselement
23: erstes Übersetzungsgetriebeantriebselement
24: erstes Übersetzungsgetriebeabtriebselement
25: zweites Übersetzungsgetriebeantriebselement
26: zweites Übersetzungsgetriebeabtriebselement
27: erstes Übersetzungsantriebselement
28: zweites Übersetzungsantriebselement
29: erstes Übersetzungsabtriebselement
30: zweites Übersetzungsabtriebselement
31: Drehzahlausgleichseinrichtung
32: Reibelement
33: hydraulische Einstelleinheit
34: elektromechanische Einstelleinheit
35: pneumatische Einstelleinheit
36: elektronische Steuereinheit
37: erster Planetengetrieberadsatz
38: zweiter Planetengetrieberadsatz
39: erstes Sonnenrad
40: zweites Sonnenrad
41: erster Steg/Planetenträger
42: zweiter Steg/Planetenträger
43: erstes Hohlrad
44: zweites Hohlrad
45: Doppelkupplung
46: Seite
47: Seite
48: Rotorhohlwelle
49: Innenwelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008026662 A1 [0003]
DE 102008037886 B4 [0003]

Claims

Antriebsachse (1) für ein Kraftfahrzeug, mit - einer elektrischen Antriebsmaschine (2), die eine Rotorwelle (6) aufweist; - einem ersten Achsabtriebselement (11) und einem zweiten Achsabtriebselement (12); - einer ersten Übersetzungseinrichtung (9), die eine erste Reibelementkupplung (15) und ein erstes Übersetzungsgetriebe (17) aufweist, wobei die Rotorwelle (6) und das erste Achsabtriebselement (11) mittels der ersten Übersetzungseinrichtung (9) drehfest miteinander verbunden sind; - einer zweiten Übersetzungseinrichtung (10), die eine zweite Reibelementkupplung (16) und ein zweites Übersetzungsgetriebe (18) aufweist, wobei die Rotorwelle (6) und das zweite Achsabtriebselement (12) mittels der zweiten Übersetzungseinrichtung (10) miteinander drehfest verbunden sind; wobei durch die Reibelementkupplungen (15, 16) eine Drehzahlausgleichseinrichtung (31) der Antriebsachse (1) gebildet ist, mittels derer unter einem Verstellen eines Kupplungsschlupfes wenigstens einer der Reibelementkupplungen (15, 16) ein Drehzahlübersetzungsverhältnis zwischen den Achsabtriebselementen (11, 12) stufenlos einstellbar ist.
Antriebsachse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung (31) frei von einem Zahnradgetriebe ist.
Antriebsachse (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Reibelementkupplungen (15, 16) ein Kupplungsantriebselement (19, 21) aufweist, das direkt mit der Rotorwelle (6) drehfest verbunden ist, wobei ein Kupplungsabtriebselement (20, 22) jener Reibelementkupplung (15, 16) und ein Übersetzungsgetriebeantriebselement (23, 25) des entsprechenden Übersetzungsgetriebes (17, 18) direkt miteinander drehfest verbunden sind, und wobei ein Übersetzungsgetriebeabtriebselement (24, 26) des entsprechenden Übersetzungsgetriebes (17, 18) und das entsprechende Achsabtriebselement (11, 12) direkt miteinander drehfest verbunden sind.
Antriebsachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Reibelementkupplungen (15, 16) ein Kupplungsantriebselement (19, 21) aufweist, das direkt mit einem Übersetzungsgetriebeabtriebselement (24, 26) des entsprechenden Übersetzungsgetriebes (17, 18) drehfest verbunden ist, wobei ein Kupplungsabtriebselement (20, 22) jener Reibelementkupplung (15, 16) und das entsprechende Achsabtriebselement (11, 12) direkt drehfest miteinander verbunden sind, und wobei ein Übersetzungsgetriebeantriebselement (23, 25) des entsprechenden Übersetzungsgetriebes (17, 18) und die Rotorwelle (6) direkt miteinander drehfest verbunden sind.
Antriebsachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Reibelementkupplungen (15, 16) auf einer Seite (46, 47) eines Stators (3) der elektrischen Antriebsmaschine (2) angeordnet ist, wobei die andere der Reibelementkupplungen (15, 16) auf einer der ersten Seite (46, 47) axial gegenüberliegenden, zweiten Seite (47, 46) des Stators (3) angeordnet ist.
Antriebsachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibelementkupplungen (15, 16) auf einer gemeinsamen Seite (46, 47) eines Stators (3) der elektrischen Antriebsmaschine (2) zu einer Doppelkupplung (45) angeordnet sind, wobei die Rotorwelle (6) als eine Hohlwelle (48) ausgebildet ist und die Drehzahlausgleichseinrichtung (31) eine in der Hohlwelle (48) verlaufende Innenwelle (49) aufweist, mittels derer das Kupplungsabtriebselement (20, 22) einer der Reibelementkupplungen (15, 16) der Doppelkupplung (45) und ein Übersetzungsgetriebeantriebselement (23, 25) eines der Übersetzungsgetriebe (17, 18) drehfest miteinander verbunden sind.
Antriebsachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung (31) eine Spanneinheit aufweist, mittels derer Reibelemente (32) der entsprechenden Reibelementkupplung (15, 16) mit einer vorgegebenen Spannkraft zueinander hin gespannt sind.
Antriebsachse (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahlausgleichseinrichtung (31) zum Einstellen des Kupplungsschlupfes wenigstens einer der Reibelementkupplungen (15, 16) und infolgedessen des Drehzahlübersetzungsverhältnisses eine oder mehr der folgenden Einstelleinheiten (33, 34, 35) aufweist: - eine hydraulische Einstelleinheit (33); - eine elektromechanische Einstelleinheit (34); - eine pneumatische Einstelleinheit (35).
Antriebsachse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Übersetzungseinrichtung (17) einen ersten Planetengetrieberadsatz (37) aufweist und die zweite Übersetzungseinrichtung (18) einen zweiten Planetengetrieberadsatz (38) aufweist, wobei ein erstes Kupplungsabtriebselement (20) der ersten Reibelementkupplung (15) mit einem Sonnenrad (39) oder einem Steg (41) oder einem Hohlrad (43) des ersten Planetengetrieberadsatzes (37) drehfest verbunden ist, wohingegen ein zweites Kupplungsabtriebselement (22) der zweiten Reibelementkupplung (16) mit einem Sonnenrad (40) oder einem Steg (42) oder einem Hohlrad (44) des zweiten Planetengetrieberadsatzes (38) drehfest verbunden ist.
Kraftfahrzeug mit einer nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildeten Antriebsachse (1).